从ALKS法规看如何设计一个L3自动驾驶系统（三）

接：

《从ALKS法规看如何设计一个L3自动驾驶系统（一）》

《从ALKS法规看如何设计一个L3自动驾驶系统（二）》

03 紧急操作

在出现紧急碰撞风险的时候，ALKS需要执行紧急操作（Emergency Manoeuvre，EM）。

紧急操作既包括全力制动车辆（减速请求大于5m/s2即可被认为紧急操作），也包括自动避障，需要基于实际场景决定。如果系统故障影响到ALKS车辆制动或转向性能，那么紧急操作需要充分发挥车辆剩余制动和转向性能。

执行自动避障过程中，ALKS车辆不允许越过车道线（车辆前轮外缘不允许超过车道线外缘），除非满足后文将要介绍的压线变道条件。自动避障结束后，ALKS车辆应尽快恢复稳定行驶状态。

开工没有回头箭，紧急操作一旦启动，要么是紧急碰撞风险消失，要么是驾驶员主动退出系统，否则紧急操作会一直执行下去。

国内部分厂家的产品中，一旦发生过一次紧急操作，那么本点火周期就不再允许激活辅助/自动驾驶系统。但是UNR157中规定，紧急操作执行完毕后，仍可以继续使用ALKS。不得不说这点上面，UNR157还是比较勇敢和激进的。

如果紧急操作使车辆发生紧急制动，这时ALKS应发出一个逻辑信号指示这个行为，用于点亮制动灯等操作。当紧急操作最终使车辆停止，则ALKS应打开危险报警灯；当ALKS激活，车辆再次自动驶离，ALKS应关闭危险报警灯。

除了全力制动和自动避障操作，紧急操作还有另外一种形式，那就是：压线避障。

在发生紧急碰撞风险的时候，如果选择侵入其他车道进行避障，特别容易引起新的碰撞风险因此URN157明确指出：当紧急碰撞风险存在或即将发生，ALKS最好是本车道内全力制动或自动避障，最好不要压线避障。

但如果就是要选择压线避障作为紧急操作的一种形式，需要具备如下条件：

（1）采用此种方式避免紧急碰撞风险，对车内乘员和车外道路使用者的安全性不低于本车道内全力制动操作；

（3）ALKS车辆感知系统对前、后、左、右的环境要有足够的感知能力；

（4）确保在压线避障的预测路径上不会与其他车辆或道路使用者发生碰撞；

（5）压线避障不会导致要侵入车道后方车辆不可控的减速；

（6）通过压线避障躲避了紧急碰撞风险后，要能及时返回原车道行驶；

（7）压线避障过程要采用符合当地法规的方式来提示其他道路使用者，如果当地缺少对应法规，UNR157建议在压线超过30cm后，要打开转向灯进行提示。

04 接管阶段

接管阶段是指ALKS判断出不能继续执行动态驾驶任务，发出接管请求，到驾驶员开始接管车辆的阶段或驾驶员未能接管车辆，开始执行最小风险策略的阶段。

接管请求在任何场景下均应及早发出，以便可以为安全过渡到有人驾驶预留充足时间，这些场景包括：

（1）如果导致ALKS无法继续执行动态驾驶任务的是计划性事件（比如前方2km是ALKS无法支持的收费站入口），接管请求需要尽早发出，这样即使驾驶员没有在规定时间内接管后，ALKS也可以通过执行最小风险策略而让车辆安全停车；

（2）如果导致ALKS无法继续执行动态驾驶任务的是非计划性事件（比如前方突发的交通事故），ALKS应在检测到该事件后，立即发出接管请求；

（3）如果发生与ALKS执行动态驾驶任务相关的故障，ALKS应在检测到故障后，立即发出接管请求；

（4）接管阶段不允许执行变道，这意味着如果变道过程将引起接管请求，那么一开始不应该启动此变道过程。

在接管阶段，ALKS仍需要继续控制车辆，但此时为了安全，可以采取降低车速的操作，但是不应该控制车辆停车，除非是万不得已的场景，比如障碍物横在道路中间或者是在车速低于20km/h的时候发出了触觉报警。

（1）ALKS一旦在接管阶段使车辆停车，车辆需要保持停车状态并在5s内打开危险报警灯。

（2）接管请求需要在启动4s后升级为更强烈的提醒（一级提醒用声音，二级提醒可以增加振动或提高音量）；

接管请求只在两种情况下可以被终止：ALKS退出或最小风险策略开始执行：

（1）当接管请求发出后，驾驶员迟迟未接管，这种情况可在接管请求发出10s后执行最小风险策略；

（2）当然如果发生严重的ALKS或车辆故障，此时ALKS不具有短暂正常控制车辆的能力，可以跳过接管阶段直接执行最小风险策略

05 最小风险策略

如果驾驶员没有主动退出ALKS，那么执行最小风险策略（Minimum Risk Manoeuvre，MRM）的结果就是使车辆停止。

考虑到交通状况、环境状况、系统状况，最小风险策略将使车辆在风险最小的目标停车区域停车，如果目标停车局域不在本车道，在具备上文介绍的最小风险策略下变道能力的前提下，允许通过变道来到达最小风险状态。

最小风险策略启动后，ALKS应使车辆以小于4.0m/s2的减速度减速。在特殊情况下（已经给予驾驶员足够强度的提醒或发生严重的ALKS或车辆故障），也允许短暂地以大于4.0m/s2的减速度减速。

最小风险策略启动后，应立即打开危险报警灯，但当执行变道时，需要关闭危险报警灯。

最小风险策略结束后，ALKS自动退出。但这需要保持危险报警灯打开除非人为关闭，在没有人为输入的情况下，也不允许自动激活ALKS实现自动起步行驶。

在一个点火循环内，一旦执行一次最小风险策略，ALKS将无法再次激活，除非下电再上电。

06 人机交互

ALKS作为一个L3级别的系统，自然少不了与人之间的交互，这种交互包括驾驶员在环检测、激活与退出、ALKS超控、信息提醒。

一、驾驶员在环检测

驾驶员在环检测的检测内容包括驾驶员是否在驾驶位、驾驶员安全带是否系好、驾驶员是否具备接管能力。

ALKS激活后，一旦检测到驾驶员离开驾驶位超过1s或安全带打开，ALKS应立即发出接管请求。对于安全带打开场景，UNR16中定义的安全带第二级提醒可以用来替代接管请求中的声音报警。

ALKS激活后，同样需要实时检测驾驶员是否具备接管能力，在驾驶员在驾驶位且安全带系统的前提下，判断驾驶员是否具备接管能力的指标有：驾驶员专属的车辆控制方式（比如HOD）、眨眼、闭眼、有意识的大脑、肢体运动，每个指标的更新周期不得大于30s。

当在最近30s内，无法通过以上至少2个指标分别判断出驾驶员具备接管能力时，应认为驾驶员不具备接管能力，判断逻辑示例见图4。

图4 通过指标判断驾驶员是否具备接管能力的示例

ALKS激活后，一旦检测到驾驶员不具备接管能力，ALKS应立即发出特殊的警告。当警告发出15s后，仍无法检测到驾驶员具备接管能力，ALKS应立即发出接管请求。

二、激活与退出

UNR157规定车辆应该提供专用装置供驾驶员激活与退出ALKS。

在每个驾驶循环开始（发送机启动或上高压），ALKS默认为关闭状态。当驾驶员操作专用装置且如下条件满足后，ALKS才可进入激活状态；ALKS激活后，如果下述任何一个条件不满足，ALKS应立即发出接管请求，

（1）驾驶员在驾驶位上且安全带系好；

（2）驾驶员具备接管能力；

（3）无影响ALKS的故障；

（4）自动驾驶数据记录系统正常工作；

（5）ODD条件满足；

（6）自检成功；

（7）行驶在高速公路主干路上。

ALKS激活后，驾驶员可以通过专用装置退出ALKS，为了防止误操作，需要提供一些保护措施，比如操作专用装置超过一定时间，比如连续操作两次，比如同一时刻的两次单独输入等。此外退出过程需要确保驾驶员正在进行纵向控制，比如专用装置是在方向盘上或者判断出驾驶员正在手握方向盘。

除了通过专用装置退出ALKS，UNR157还定义了如下几种退出方式：

（1）驾驶员通过转向超控系统，且转向输入未被系统抑制；

（2）驾驶员手握方向盘且通过制动或加速超控系统；

（3）ALKS正在请求接管或正在执行最小风险策略，驾驶员除了可以通过（1）中定义的方式退出ALKS，如果检测到驾驶员手握方向盘且注意力集中，ALKS也可以退出；

注：以下任一条件满足则认为驾驶员注意力集中：

（1）驾驶员正在注视道路前方；

（2）驾驶员正在观察后视镜；

（3）驾驶员为了执行驾驶任务正在进行合理的头部移动。

（4）ALKS正在执行紧急操作，此时要等到紧急碰撞风险消失，才允许退出ALKS；

（5）当发生严重的车辆故障或ALKS相关故障时，厂商可以为此制定不同的退出策略，且退出策略需要被证明有助于安全的切换到人工驾驶。

ALKS在退出的时候，不允许切换到其他可以执行连续纵向或横向控制的功能，比如自动转向控制功能（Automated Control Steering Function，ACSF）。

ALKS退出后，可以激活转向纠正功能（Corrective Steering Function，CSF），CSF通过缓慢减弱对横向控制的辅助，来让驾驶员适应执行横向控制的任务。

不过，无论是ALKS正在退出还是退出成功，在面对紧急碰撞场景时，都不能影响主动安全系统（包括AEBS、ESC、BAS、ESF）的正常工作。

ALKS退出后需要通过HMI对驾驶员进行提醒，详见信息提醒章节。

三、ALKS超控

ALKS激活后，如果驾驶员超控输入条件满足（包括转向控制输入、制动控制输入、加速控制输入），ALKS将进入超控状态。进入到超控模式后，车辆短暂屏蔽智驾域的控制，开始接受驾驶员的控制。

对于转向控制输入，如果驾驶员转动方向盘力矩大于超控阈值且持续时间大于一定值则车辆横向进入超控状态，超控的力矩阈值和持续时间阈值应当基于评估驾驶员注意力的指标而变化。

对于制动控制输入，如果驾驶员控制任意制动装置产生的减速度大于智驾域发出的减速度，或者驾驶员直接控制车辆静止，则车辆纵向进入超控状态。

对于加速控制输入，如果驾驶员控制加速装置，也可以使车辆纵向进入超控状态。

但驾驶员通过控制制动装置或加速装置超过一定阈值，则ALKS应立即发出接管请求。

需要注意的是，如果驾驶员的超控输入会导致立即碰撞风险，那么驾驶员的超控输入将被抑制直到紧急碰撞风险消失。

四、信息提醒

需要将以下信息呈现出来用来提醒驾驶员：

（1）ALKS不可用、激活和退出状态（详见下文）；

（2）任何影响ALKS运行的故障，在ALKS未关闭时，都需要通过至少光学方式对驾驶员进行提醒；

（3）接管阶段，需要采用光学和声音/触觉方式对驾驶员进行接管提醒，在接管请求发出后最晚4s内，提醒应包含连续或间断的触觉方式，除非这中间车辆停止，且提醒要逐步升级直至接管阶段结束；

（4）最小风险策略阶段，需要采用光学和声音/触觉方式对驾驶员进行提醒；

注：接管阶段和最小风险策略阶段，系统需要采用图标的方式指导驾驶员进行接管，图标可采用图5所示方式。开始执行最小风险策略后，提醒方式要进行适当升级以便强调驾驶员接管的紧迫性，比如图5变为红色闪烁或手部进行挥动。

图5 接管提醒图标示例

（5）紧急操作阶段，需要采用光学方式对驾驶员进行提醒；

（6）如果ALKS支持LCP功能，LCP激活后也需要至少采用光学方式对驾驶员进行提醒。

ALKS系统状态包含不可用、激活和退出状态：

（1）不可用。驾驶员通过定义的方式激活ALKS，但由于系统本身原因无法激活，ALKS需要将系统不可用的状态提醒驾驶员。

（2）激活。ALKS一旦激活，需要通过专用连续光学信号提醒驾驶员，直到ALKS退出，如果ALKS激活过程触发了接管请求，专用连续光学信号需要改变一些特性，比如连续变成间歇，比如颜色改变。该光学提醒信号的要求包括：

（a）光学提醒信号应采用表示转向控制或车辆的标准符号（符合UNR121）;

（b）光学提醒信号应容易被驾驶员注意到。

（3）退出。ALKS由激活变为退出，至少需要采用光学信号对驾驶员进行提醒。需要注意的是，如果ALKS在接管请求发出后退出，还需要采用声音信号对驾驶员进行提醒。

提醒优先级：接管阶段、最下风险策略阶段、紧急操作阶段的报警提醒优先级要高于车辆的其他报警提醒，各报警提醒的优先级需要厂商定义清楚。